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重離子加速器：奏響科學(xué)“交響樂(lè )”
——訪(fǎng)蘭州重離子加速器國家實(shí)驗室
■本報記者 馮麗妃
在電影《非誠勿擾》中，孫紅雷飾演的李香山得知自己患上不治之癥黑色素瘤后，以自殺的方式結束了自己的生命。如果該片導演知曉重離子的療效，這部電影的結局可能要重寫(xiě)。
從癌癥治療，到核物理研究、新核素合成、太空芯片檢測……中科院蘭州近代物理所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)近物所）的科學(xué)家們依托重離子加速器的大科學(xué)平臺，在西北大地上奏響一曲前沿科學(xué)與應用研究的“交響樂(lè )”。
“給大象治療癌癥”
“我們這個(gè)加速器都可以給大象治療癌癥了?！苯?，在蘭州重離子加速器國家實(shí)驗室（HIRFL），近物所所長(cháng)肖國青指著(zhù)一臺像CT機一樣的白色試驗終端向走進(jìn)中科院大科學(xué)裝置的記者一行人介紹說(shuō)。
他解釋說(shuō)，如果重離子達到每核子400兆電子伏特，就可以達到30厘米的穿透力，可以治療人體深層腫瘤。而該加速器產(chǎn)生的重離子已達到每核子1000兆電子伏特，穿透力在1米以上。
當前，我國每年新發(fā)癌癥病例約320萬(wàn)，因癌癥死亡約250萬(wàn)。重離子放射為采用常規放化療和手術(shù)難以治愈的癌癥患者打開(kāi)了一扇新窗戶(hù)。
“盡管重離子也是一種射線(xiàn)，但是與當前醫院里的X射線(xiàn)和γ射線(xiàn)相比，對人體副作用會(huì )小得多?！盚IRFL醫學(xué)物理研究室主任李強告訴《中國科學(xué)報》記者。
他解釋說(shuō)，重離子治癌的最大優(yōu)勢來(lái)源于倒轉的深度劑量分布。常規射線(xiàn)會(huì )隨著(zhù)深度增加呈現指數衰減的形式，而重離子束進(jìn)入身體后能量損失小，僅在最終停下的位置才會(huì )釋放大部分能量，形成尖銳的劑量峰“布拉格峰”。因此，在斬滅“癌魔”的同時(shí)，對周?chē)＝M織和敏感器官的副作用小得多。
“重離子只需要X射線(xiàn)劑量的1/3就可殺死癌細胞。同時(shí)，重離子治療一個(gè)療程只需要幾天，最多至12天，遠遠低于放化療的一個(gè)多月?！崩顝娬f(shuō)。
據介紹，HIRFL現有深層和淺層治療兩個(gè)臨床治療終端，目前共治療216例病人，包括皮膚鱗癌、基底細胞癌、肺癌、肝癌以及當今醫學(xué)界最頭疼的黑色素瘤，局部控制率在80%以上，使我國成為世界上第四個(gè)掌握重離子治癌技術(shù)的國家。
肖國青透露，明年，甘肅蘭州和武威兩地的兩個(gè)重離子腫瘤治療中心將有望建成并投入使用，讓更多患者享受到科技進(jìn)步的福利。
除了治療癌癥之外，HIRFL還有多個(gè)應用終端活躍在經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的最前沿。如重離子束誘變輻照育種，提高作物品質(zhì)；檢測航天芯片和設備，服務(wù)空間科學(xué)發(fā)展；進(jìn)行原子核嬗變實(shí)驗，解決核乏料的問(wèn)題等。
在國際物理前沿插上中國國旗
要攬瓷器活兒，先有金剛鉆兒。要發(fā)揮重離子的功用，就離不開(kāi)它的“搖籃”——重離子加速器。
如果把蘭州重離子加速器比作一條巨龍，各種應用終端只是它的尾巴尖兒?！凹铀倨髦饕呻x子源（SFC）、加速系統（SSC）、傳輸系統（SCR）、實(shí)驗裝置等四個(gè)部分組成，構成亞洲能量最高的重離子科學(xué)研究基地?！痹诰摭埖摹邦^部”——SFC大廳，肖國青介紹說(shuō)。
這個(gè)集合了當今世界上的直線(xiàn)、回旋和環(huán)形所有三種加速器的“大家伙”集合了半個(gè)世紀以來(lái)我國三代大科學(xué)裝置研究成果。更高、更快、更強、更精——八個(gè)字概括了其發(fā)展歷程。
1957年，近代物理研究所從北京中關(guān)村“西進(jìn)”蘭州。該所創(chuàng )始人楊澄中帶領(lǐng)首批科研人員擔負起建造重離子加速器的重任，如今1.7米的回旋加速器SFC就是在“一五”的基礎上建立起來(lái)的。而“龍頸”分離扇重離子加速器SSC則是“七五”的成果。
“那時(shí)，計算機還沒(méi)發(fā)展起來(lái)，都是用手畫(huà)的圖紙，老一輩科學(xué)家們耗費了大量的心血，讓我國重離子研究進(jìn)入國際主流?！盚IRFL加速器總體室主任原有進(jìn)感慨良深地說(shuō)。
而“九五”期間的大科學(xué)工程項目、長(cháng)達160余米的“龍身”——重離子冷卻儲存環(huán)CSR可以實(shí)現上億個(gè)重離子同步運行，其自主研制率超過(guò)90％，在電子冷卻技術(shù)、高頻技術(shù)、超高真空技術(shù)等諸多方面實(shí)現創(chuàng )新和突破。
“從SFC到CSR，我國重離子運行速度從一開(kāi)始的1%光速提升到約90%的光速，進(jìn)入國際先進(jìn)行列?！痹羞M(jìn)說(shuō)。下一步，近物所的研究目標將是與光速同步。
作為重離子研究的“國家隊”，近物所的科研人員依靠重離子加速器的平臺在服務(wù)國家發(fā)展的同時(shí)，以?xún)?yōu)秀的前沿成果在國際物理舞臺上展示著(zhù)中國的風(fēng)采。
核素是指具有一定數目質(zhì)子和一定數目中子的一種原子。全世界有8000種核素，現在只鑒別出3130種?！捌渲薪锼l(fā)現的新核素就有20多個(gè)，未來(lái)我們會(huì )在核素領(lǐng)地上插上更多的中國國旗?！痹撍彼L(cháng)袁平滿(mǎn)懷信心地說(shuō)。除此之外，我國科學(xué)家還在超重核研究、原子核質(zhì)量精確測量等方面作出重要發(fā)現。
讓中國“交響樂(lè )”走向世界
正是因為近物所對國際物理學(xué)發(fā)展的貢獻，近期，國際原子質(zhì)量數據評估中心將評估工作移交近物所管理?！敖窈?，我國就是國際原子質(zhì)量評估的‘警察’了，別國的研究成果我們來(lái)當評審?！毙嘧院赖卣f(shuō)。
目前，近物所已經(jīng)與十多個(gè)國家、地區建立了廣泛的國際科技合作關(guān)系，每年都有上百位國外專(zhuān)家到近物所訪(fǎng)問(wèn)或參與合作研究。來(lái)自烏克蘭的訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者Sergei和埃及的博士后Ahmed就是其中兩位。
“現在，基輔的核物理研究設備很陳舊。近物所有先進(jìn)的研究設備，也有很多志同道合的科學(xué)家，每年我們都有三四位科學(xué)家來(lái)中國訪(fǎng)問(wèn)?！眮?lái)自哈爾科夫高能物理研究中心的Sergei在接受《中國科學(xué)報》記者采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)，他希望烏克蘭與中國繼續保持良好的合作關(guān)系。剛來(lái)中國不久的Ahmed將在近物所度過(guò)一年的求學(xué)生活，內向的他有些羞澀地告訴記者，他的目標是發(fā)幾篇在國際上有影響力的文章。
“現在我們的加速器用戶(hù)將近200多家，每年運行7000小時(shí)以上。然而，現在每年的需求卻在14000小時(shí)以上，每天24小時(shí)開(kāi)機，一年大家只有在最熱的8月設備檢修時(shí)才能稍事休息。即便如此，還是不能滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的用戶(hù)的需求，所以還要加快建設新的加速器?！毙啾硎?，我國將在“十二五”期間，建設新的強流重離子加速器（HIAF），實(shí)現跨越發(fā)展。
“未來(lái)，無(wú)論是服務(wù)國家需求，還是參與國際合作與競爭，人才隊伍的水平和質(zhì)量決定一切！”近物所黨委書(shū)記趙紅衛說(shuō)，近物所將繼續堅持自主創(chuàng )新，不拘一格地培養和引進(jìn)急需人才。
《中國科學(xué)報》 (2013-11-26 第8版 平臺)
